анодно-гидравлическая обработка


Анодно-гидравлическая обработка, разновидность электрохимического метода обработки металлов, основана на растворении электролизе и уносе материала потоком электролита. Впервые была предложена Л.А. Гусевым в 1928 году. Скорость анодного растворения зависит от расстояния между электродами. Чем оно меньше, тем интенсивнее происходит растворение. Поэтому при сближении электродов анода (заготовки) будет в точности повторяться поверхность катода (инструмента). Однако процессу растворения мешают продукты электролиза, скапливающиеся в зоне обработки, и обновление электрода осуществляется либо механическим способом (анодно-механическая обработка), либо прокачиваем электрода через зону обработки; один из возможных вариантов анодно-гидравлической обработки изделий представлен на рис. 1.
Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые изделия из токопроводящих материалов, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности.

Рис. 1. Схема анодно-гидравлической обработки поверхности турбинной лопатки подвижными электродами: 1 – лопатка;  2 – электроды, 3 – электролит (стрелки показывают движения электродов и электролита)
При анодно-гидравлической обработке накапливающиеся в при анодном слое продукты анодной реакции в виде гидроокисей металлов, кристаллов основных и средних солей и газов удаляются с обрабатываемой поверхности и из рабочей зоны потоком электролита, проходящим с большой скоростью через малое межэлектродное расстояние. Анодно-гидравлическая обработка применяется для обработки деталей сложной конфигурации (штампы, пресс-формы, лопатки турбин), гравирования, прошивки отверстий, обработки внутренних цилиндрических поверхностей. Этим методом, подбирая электролит, можно обрабатывать практически любые токопроводящие материалы, обеспечивая высокую производительность в сочетании с высоким качеством поверхности. Используемые для анодно-гидравлической обработки электрохимические станки просты в обращении, используют низковольтное (до 24 в) электрооборудование. Однако значительные плотности тока (до 200 А/см2) требуют мощных источников тока, больших расходов электролита. Баки для электролита могут занимать до трети площади цехов.
Анодно-гидравлической размерной обработкой изделий называют процесс, происходящий в случае, когда изделие соединяют с положительным полюсом источника питания электрической ванны. Ее применяют в случаях, когда нужно снять значительное количество металла, изменить его форму, препятствием к ускорению процесса является выделение на поверхности анода продуктов прианодных реакций. Для того чтобы обеспечить высокую производительность процесса, необходимо непрерывно удалять с поверхности обрабатываемого изделия - анода указанные продукты реакций - проводить так называемую депассивацию изделий. Депассивация может осуществляться либо чисто механически, либо сильной струей электролита при работе в проточном электролите. Такого рода процесс носит название анодно-гидравлической размерной обработки изделий и изображен на рисунке 2.

1--анод; 2 -- электролит; 3 -- катод; 4 --профиль катода, воспроизводимый в аноде.
Рис. 2. Схема анодно-гидравлической размерной обработки изделий: копирование профиля (а); воспроизведение профиля катода в аноде (прошивание) путем электрохимической обработки в проточном электролите (б).
В промежуток между медным инструментом (катодом) и заготовкой изделий (анодом) подается под давлением электролит. Если инструмент фасонный, то, так как плотность тока наибольшая у выступов инструмента, там, где межэлектродный зазор минимальный (линейная скорость растворения пропорциональна зазору), будет сосредоточена наибольшая скорость растворения анода. В результате против выступов инструмента образуются на изделии впадины, и в конечном счете изделие принимает форму оттиска с инструмента (смотри рисунок 2,а). По этому же принципу может быть осуществлено воспроизведение профиля катода в аноде (смотри рисунок 2,б) и прошивание в последнем отверстий. При движении электролита в межэлектродном пространстве можно не только удалять образующиеся гидроокиси, но и выполнять обработку при повышенных плотностях тока (до сотен А/см2), если обеспечить интенсивное охлаждение электролита, нагреваемого большими токами.
Электрохимическая обработка в проточном электролите позволяет поэтому получить очень высокую производительность (десятки тысяч мм3/мин растворяемого металла) при полном отсутствии износа рабочего инструмента (катода) и при возможности получения высокой точности обработки и чистоты поверхности. Электрохимическая обработка в стационарном электролите дает малую производительность, но позволяет обрабатывать сложно профилированные изделия с высокими классами чистоты и не требует специального инструмента. Поэтому ее основная область применения--электролитическое шлифование пли полирование. Наоборот, электрохимическая обработка в проточном электролите применяется там, где с заготовки надо снять много металла, причем производительность тем выше, чем больше размеры изделия. Ее основные области применения следующие:
1. Доводка поверхностей штампов, пресс-форм, литейных форм после грубой обработки.
2. Затачивание режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом.
3. Профилирование изделий сложной формы, например турбинных лопаток.
4. Профилирование деталей типа тел вращения, обтачивание цилиндрических и конических деталей.
5. Прошивание сквозных отверстий - круглых, прямоугольных и фасонных, крупных и очень малых.
6. Разрезание заготовок и деталей с получением чистого среза.
7. Сглаживание в узких каналах и фасонных полстях, удаление заусенцев.
Особенно эффективной является электрохимическая размерная обработка изделий из твердых сплавов, с трудом поддающихся механической обработке. Существенным преимуществом размерной анодно-гидравлической обработки является также отсутствие наклепа и вообще изменений структуры обрабатываемого материала.
Анодно-гидравлическая размерная обработка осуществляется в станках, универсальных или специализированных (например, для обработки турбинных лопаток, обработки штампов и пресс-форм, прошивки отверстий, обработки внутренних цилиндрических поверхностей, резки материалов, шлифования, снятия заусенцев и т.п.). Каждый такой станок содержит рабочую камеру, обычно закрытую прозрачным щитком для наблюдения за ходом процесса, в которую введены шпиндели с держателями инструмента (катода) и изделия. Шпиндели могут получать поступательные (подача) и вращательные движения от суппортов с электромеханическими приводами, находящихся вне рабочей камеры на станине станка. В рабочую камеру вводят электролит, вспрыскиваемый под давлением в межэлектродный зазор. Последний весьма мал: расстояния между электродами в зависимости от процесса составляют от 0,1 до 0,5 мм. В зазорах скорость электролита достигает 5-40 м/с. В состав станка входят также насос, источник питания, баки для хранения и приготовления электролита и устройство для очистки последнего.
В качестве электролита при обработке обычных сталей применяют 15-25%-ный раствор поваренной соли; при обработке высоколегированных сталей, твердых сплавов и других металлов к сплавов применяют также растворы других солей: NаN02, NаNО3, NаСО2. Обычно анодный выход по току при применении раствора поваренной соли достаточно велик (от 60 до 99%) и лишь для чугуна, свинца и молибдена намного меньше. Рабочие электроды выполняются из меди и латуни; нерабочая часть их поверхности изолируется эмалями. Съем металла составляет обычно от 8 до 16 см3/(кВт*ч), энергоемкость для сталей от 6 до 25 кВт*ч/кг. Плотность тока также изменяется в широких пределах: от 0,5-0,2 А/см2 (шлифование) до 50-200 А/см2. Напряжение на электродах составляет 10--30 В.
Источники питания для анодно-гидравлической размерной обработки ранее представляли собой вращающиеся преобразователи на токи 250-10000 А. Сегодня они почти вытеснены полупроводниковыми выпрямителями на напряжения постоянного тока от 3 до 12 В или от 9 до 24 В. Максимальный рабочий ток достигает 30000 А.
В некоторых случаях для питания станков анодно-гидравлической размерной обработки применяют источники, дающие униполярные или несимметричные биполярные импульсы синусоидальной, прямоугольной или пилообразной формы.
Регулирование режима процесса заключается в поддержании постоянного зазора (устанавливается периодически при выключенном рабочем токе), постоянных значений рабочего тока или напряжения на электродах, плотности тока, заданной скорости подачи электрода.
Анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите
Анодное растворение происходит без образования механически прочных анодных пленок, вследствие чего удаление продуктов электролиза осуществляется в результате принудительного потока электролита (водный раствор соли: нейтральной, кислотной или щелочной). При анодно-гидравлическом сверлении инструментом служит медная трубка, изолированная снаружи. Под давлением вытекающего электролита между торцовой поверхностью трубки и детали образуется зазор, исключающий замыкание электродов (рис 2.7).
При прохождении электрического тока через электролит происходит растворение металла детали. Продукты электролиза удаляются электролитом. По мере растворения изделия трубка углубляется в деталь, поддерживая постоянство межэлектродного зазора.
 
 Рис. 2.7 – Схема анодно-гидравлической обработки в электролите
Примером формообразования более сложных поверхностей может служить операция изготовления кольцевых канавок (рис. 2.8).
 Рис. 2.8 – Схема изготовления кольцевых канавок
Деталь 1 подключена к положительному источнику тока, а инструмент 2к отрицательному. Анодно-гидравлическую обработку целесообразно применять для снятия заусенцев у деталей сложной формы (мелкомодульные шестерни и др.). Механическое удаление заусенцев является весьма трудоемкой операцией и не обеспечивает высокого качества деталей. При анодно-гидравлической обработке удаляются мельчайшие заусенцы и значительно повышается производительность труда. В практике находят применение анодно-механическое шлифование наружных цилиндрических поверхностей и чистовая обработка плоскостей.
Обычно используют комбинированные методы обработки, у которых анодное растворение металла сочетается с эрозионным или ультразвуковым разрушением, а продукты реакции удаляются с обрабатываемой поверхности механическим путем и выносятся из рабочей зоны потоком электролита.

Приложенные файлы

  • docx 14913606
    Размер файла: 81 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий